Zur Ausbreitung eines stoßfreien Plasmas in den freien Raum : ein Simulations-Modell

Walther, H.

Book/Report

FZJ-2017-06210

Zur Ausbreitung eines stoßfreien Plasmas in den freien Raum : ein Simulations-Modell

Walther, H. (Corresponding author)FZJ*

1972
Kernforschungsanlage Jülich, Verlag Jülich

Jülich : Kernforschungsanlage Jülich, Verlag, Berichte der Kernforschungsanlage Jülich 882, 27 p. (1972)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/15208

Report No.: Juel-0882-MA

Abstract: Gegenstand der Untersuchungen, die im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprogranms des ZAM und des IPP der KFA Jülich durchgeführt wurden, ist die Ausbreitung eines stoßfreien Plasmas in den freien Raum. Wir gehen von $\frac{n}{2}$ Elektronen und je $\frac{n}{4}$ leichten und schweren Ionen aus. Diese sind zur Zeit t = 0 in einer Kugel mit dem Radius $R_{0}$ um den Ursprung des Ortsraumes $\vec{X}$ enthalten und in diesem Bereich gleichverteilt. Im Geschwindigkeitsraum $\vec{v}$ haben die einzelnen Komponenten Maxwellverteilungen gleicher mittlerer kinetischer Energie. Die beschriebene Situation könnte nach der Zerstrahlung eines Flüssigkeitstropfens durch einen Laser-Impuls eintreten. Realistische Daten wären n = 8 $\cdot$ $10^{11}$ für die Anzahl aller Teilchen, $\omega^{0}_{PE} = 2.10^{13} sec^{-1}$ für die Elektronenplasmafrequenz, $\lambda_{D} = 2.10^{-5}$ cm für die Debeye-Länge und $R_{0} = 500\lambda_{D}$ für den Radius der Anfangskugel. Das entspräche einer Dichte von $10^{17}$ Elektronen pro $cm^{3}$. Das unten eingehend beschriebene Simulations-Modell behandelt die Ausdehnung der Plasmakugel einzig und allein unter dem Einfluß des selbstkonsistenten elektrischen Feldes. Dieses ist für alle Zeiten kugelsymmetrisch, was das Verschwinden des Magnetfeldes zur Folge hat. Neben solchen einschränkenden Voraussetzungen wurden auch die physikalischen Daten drastisch verändert, um den Aufwand an Rechenzeit in vertretbaren Grenzen zu halten. Der Radius der Anfangskugel wurde deshalb auf $R_{0}$ = 20$\lambda_{D}$ bei N = 16000 "Simulationsteilchen" verkleinert. Das Massenverhältnis von leichten Ionen und Elektronen wurde auf $M_{IE}$ = 90 reduziert. Als Massenquotienten von schweren und leichten Ionen sind in vier verschiedenen Läufen $M_{SL}$ = $\frac{3}{2}$, 2, 3 und 4 zugelassen worden. Unter den genannten Voraussetzungen zeigt sich eine deutlicheTrennung der Ionenarten. Beeinflußt durch ein zunächst schmales und starkes, später schwächeres und breiteres Randfeld geben die Elektronen fast alle kinetische Energie an die Ionen ab. Bei diesem Prozeß nehmen die leichten Ionen mehr Energie auf als die schweren. Es bildet sich im Verlauf der Rechnung ein quasistationärer Endzustand heraus.

Contributing Institute(s):